Danas je nabavljen uređaj za mjerenje duljine trajanja telefonskih biračkih impulsa MA 4510 slovenskog proizvođača Iskra iz prve polovice 1960-tih godina.
Iskra MA 4510 omogućuje mjerenje duljine trajanja prekidačkih impulsa različitih električnih preklopnika koji su se primarno koristili u telefonskim i drugim žičnim komunikacijskim sistemima. To su primjerice telefonski impulsni brojčanici te drugi slični brzi preklopnici i releji koji generiraju prekidačke impulse. Instrument može mjeriti vrijeme trajanja uključenosti kontakata (IMPULZ) i vrijeme trajanja isključenosti električnog kontakata (PAVZA) u vremenskom okviru od 10 do 1500 ms. Također je moguće i vizualno promatranje kvalitete rada tih električnih kontakata.
U objavi Žični telefonski aparati već smo opisali da kod telefonskih impulsnih brojčanika jedan puni ciklus od 10 impulsnih prekida (biranje nule) traje 1000 ms, od čega pojedinačni prekidi traju 61,5 ms, a pauze između njih 38,5 ms, kako bi ih telefonska centrala ispravno prepoznala. Instrumentom MA 4510 možemo dakle provjeriti ispravnost brojčanika mjerenjem duljine trajanja ovih impulsa, odnosno zasebnim mjerenjem prekida i pauza.
Izmjerena duljina, odnosno vrijeme trajanja impulsa ili pauze prikazuje se u obliku vertikalnog markera (crta) koja se kratkotrajno pojavi na određenoj horizontalnoj duljini skale. Kod ispitivanja impulsnih telefonskih brojčanika svakako je potrebno malo spretnosti i koncentracije da se u vremenu od 1 sekunde očita marker na skali. Neki drugi sistemi možda daju pojedinačne impulse sa dugim pauzama ili neponavljajuće impulse pa će se marker pojaviti u obliku kratkotrajnog bljeska, a neki sistemi kontinuirano generiraju brze impulse pa ćemo na skali imati praktično kontinuirani marker.
MA 4510 je u osnovi osciloskop sa kalibriranom horizontalnom skalom, no otklonski stupnjevi su ovdje izvedeni puno jednostavnije. Po ugrađenim komponentama odmah vidimo da ovdje nemamo klasično vertikalno i horizontalno pojačalo kao ni vremensku bazu (generator pilastog napona). Uređaj ne sadrži nikakve aktivne elektroničke komponente. Ono što se ističe kao specifično za ovaj uređaj to je deset visokonaponskih kondenzatora 0,2 µF / 400 V paralelno vezanih u dvije grupe: 2 x 0,2 µF i 8 x 0,2 µF.
Na osnovu ovoga možemo zaključiti da se horizontalni i vertikalni otkloni dobivaju izbijanjem napona iz tih kondenzatora preko otklonskih ploča osciloskopske (CRT) cijevi. Uređaj radi tako da svaki ulazni impuls (kratki spoj) doveden na priključnicu VHOD pokrene naponsko nabijanje tih kondenzatora, a kad ulazni impuls završi onda se dostignuti napon na kondenzatoru isprazni na horizontalne i vertikalne otklonske ploče i ostavi svjetlosni trag. Što je mjereni impuls bio duži time je i vrijeme punjenja kondenzatora bilo duže te je na njima dosegnut veći napon. Tako će kod pražnjenja toga napona preko otklonskih ploča trag biti to više biti pomaknut u desnu stranu što je napon veći, odnosno impuls duži.
Kako bi mjerenje bilo točno, ovdje je svakako potrebno osigurati linearno punjenje kondenzatora u vremenskoj domeni (osiguranjem konstantne struje punjenja) ili pak punjenje po nekoj definiranoj RC konstanti. Svakako punjenje mora biti u linearnom dijelu krivulje jer je i mjerna skala linearna.
Visokonaponska ispravljačica EY51 osigurava istosmjerni napon za pogon osciloskopske cijevi DG7-52A (cca 800 V) kao i napon za nabijanje kondenzatora. Uočavamo i elektronsku cijev STV 500/0,1 koja sadrži četiri stabilizatora napona (tinjalice) u jednom staklenom balonu. Oznaka 500/0,1 se odnosi na napon stabilizacije (4 x 125 V) i maksimalnu struju 0,1 A. Koliko možemo vidjeti spojene su samo dvije regulatorke u seriju čime je ograničen napon na 250 V. To je sigurno ograničenje i stabilizacija napona za nabijanje kondenzatora, odnosno to je maksimalan napon potreban za puni horizontalni otklon na upotrijebljenoj osciloskopskoj cijevi DG7-52A.
Ono što je sasvim sigurno potrebno imati za rad ovog uređaja to je neka sklopka koja će prebacivati cikluse punjenja kondenzatora za vrijeme trajanje impulsa i cikluse pražnjenja kondenzatora na otklonske ploče kada impuls završi. Tome služi poseban Siemensov relej oznake T.ris.64a T.Bv 3402/46. S obzirom da nisam našao podatke za ovaj relej prvo sam nacrtao njegovu shemu.
Ovo je poseban tip releja koji se naziva telegrafski polarizirani relej. Značajka telegrafskih releja je što su vrlo osjetljivi (aktiviraju se već na malim strujama) i što su vrlo brzi u preklapanju kontakata. Preko takvih releja su se mogli slati telegrafski i teleprinterski signali tadašnjim standardnim brzinama. Značajka polariziranih releja je ta što im je zavojnica osjetljiva na smjer struje. U našem slučaju dovođenjem istosmjernog napona jednog polariteta zatvoriti će se jedan kontakt, a dovođenjem napona suprotnog polariteta zatvoriti će se drugi kontakt. Relej ima permanentne magnete koji trajno zadržavaju ostvareni kontakt kod posljednjeg dovođenja napona i on se neće promijeniti sve do dovođenja napona suprotnog polariteta. Kao što vidimo, naš relej ima četiri zavojnice različitih otpora i preko svake se ostvaruje polarizirano upravljanje (promjena kontakata promjenom polova napajanja). Na konektoru za relej na šasiji našeg uređaja se vidi da su u upotrebi sve četiri zavojnice. Vrlo vjerojatno se kombinacijom istih (i moguće dodatnih u seriju spojenih otpornika) ostvaruje različit ulazni otpor (470 Ω ili 6300 Ω), a time i različite struje na stezaljkama za ispitivane kontakte.
Na stezaljkama VHOD je prisutan napon cca 12 V tako da relej sasvim sigurno dobiva interno napajanje na barem jednu zavojnicu. Isto je vjerojatno osigurano preko diodnog mosnog ispravljača sa germanijskim diodama AA131. Sklopka IMPULZ / PAVZA mijenja polaritet napona na zavojnici releja čime je omogućeno jedno ili drugo mjerenje. Shodno tome, zavojnice koje nisu pod internim napajanjem kratkim spajanjem priključnica VHOD trebale bi se spajati u ukupni upravljački krug releja i to obrnutim polaritetom koji poništava prethodno stanje.
Ovdje nas zanima da li je polariziranim relejom moguće upravljati samo električnim kontaktima (kratki spoj ili otvoreni kontakti) na stezaljkama VHOD ili je moguće dovesti i neki impulsni (pravokutni) napon u određenim dozvoljenim granicama. S obzirom da nemamo shemu niti bilo koje druge podatke za naš uređaj nacrtali smo shemu spajanja releja na ulazne priključnice i interno napajanje.
Sada se lijepo vidi da je jedna zavojnica releja (1-4) stalno spojena na interno napajanje, a polaritetom zavojnice (položajem kontakata releja) upravlja se sklopkom IMPULZ / PAVZA. Preostale tri zavojnice releja se uključuju na interno napajanje preko kratkog spoja na priključnicama VHOD. Kroz te zavojnice tada uvijek poteče struja suprotnog smjera od one koja je tekla kroz zavojnicu 1-4. Također, ta suprotna struja je u oba slučaja (470 Ω i 6300 Ω) nekoliko puta jača od one kroz zavojnicu 1-4 te relej promijeni polaritet. Može se uočiti i da telegrafski relej ovdje radi na struji od 190 µA što je doista velika osjetljivost.
Na osnovu ove naše sheme možemo zaključiti da na stezaljke VHOD nije pametno dovoditi nikakve vanjske napone unatoč tome što je struja na stezaljkama jačine do cca 25 mA. Ovaj uređaj je predviđen za mjerenje na relejnim i sličnim električnim kontaktima kada nisu u nekom svojem vanjskom strujnom krugu. Izbor između dva unutrašnja otpora 470 Ω i 6300 Ω samo definira jačinu ispitne struje od cca 25 mA ili 2 mA. Na manjoj struji se svakako bolje uočava stanje kontakata glede podrhtavanja, istrošenosti, korozije i drugih povećanih prijelaznih otpora što se manifestira kao izostanak markera ili njihovo nepravilno pojavljivanje na različitim vrijednostima vremenske skale.
Kod mjerenja vremena trajanja impulsa (kratkog spoja kontakata) sklopka se prebaci u položaj IMPULZ, a stezaljke VHOD su otvorene. Svaki kratkotrajni kratki spoj stezaljki će biti izmjeren kao vrijeme trajanja impulsa. Kod mjerenja vremena trajanja pauze sve je obrnuto. Sklopka se prebaci u položaj PAVZA, a stezaljke VHOD su kratko spojene. Svaki kratkotrajni prekid kratkog spoja stezaljki će biti izmjeren kao vrijeme trajanja pauze.
Demonstraciju rada Iskrinog mjerača biračkih impulsa napravili smo na nešto novijem modelu MA 4511 koji osim što je ugrađen u noviji tip standardnih Iskrinih kućišta te shodno tome ima redizajniranu montažnu shemu, zapravo ima vrlo sličnu ako ne i potpuno istu elektroničku shemu kao i model MA 4510. Za potrebe testa koristio sam relej čiju zavojnicu sam priključio na generator pravokutnog napona. Tako je moguće kontrolirati frekvenciju i duty-cycle, odnosno trajanje ukapčanja i iskapčanja kontakata releja spojenih na priključnice VHOD te vidjeti da li se periode ukapčanja iz generatora signala poklapaju sa prikazom na CRT ekranu instrumenta.
Na instrumentima MA 4510 i MA 4511 postoje potenciometri za pozicioniranje horizontalnog i vertikalnog otklona. Vertikalnim otklonom se namjesti najbolji prikaz markera, a horizontalnim otklonom se zapravo kalibrira prikaz na vremenskoj skali. Primijetili smo da reakcija markera na promjenu duljine trajanja periode nije posve linearna duž cijele skale. Ovo može biti posljedica dotrajalih kondenzatora i otpornika ili nepodešene RC konstante. Kako god bilo ovdje sada nema puno smisla restaurirati instrument da bude točan, cilj nam je jedino vidjeti princip njegovog rada. Vidi se da jedan impuls ostavlja tek jedan kratkotrajni bljesak, no perzistencija CRT ekrana je svejedno dovoljnog trajanja da se stigne očitati vrijednost na skali. Skale su ipak mogle biti bolje označene jer je za svaki mjerni opseg potrebno neko izračunavanje, a što je posebno nepraktično za opseg 500 ms.
Također se može primijetiti kako na velikoj brzini ukapčanja iskapčanja kontakata releja dolazi do nepravilnog rada (podrhtavanja) kontakata što se vidi kao dvostruki markeri čije pozicije nisu posve fiksne na skali. To je zato jer smo za test koristili običan relej koji nije predviđen za brza ukapčanja.
Skinuli smo masku sa ekrana CRT cijevi da se vidi puni ciklus otklona elektronske zrake. Sada vidimo da sa početkom ulaznog impulsa počinje punjenje kondenzatora RC konstantom, a to punjenje, odnosno porast napona također istovremeno otklanja zraku po horizontalnoj osi. U trenutku kad se ulazni impuls (kratki spoj) isključi i polarizirani relej promijeni polaritet, kontakti releja prebacuju napon na vertikalni otklon. To rezultira vertikalnim pomakom, odnosno markerom koji se vidi kroz masku sa skalom. Nakon ovoga kreće pražnjenje kondenzatora i elektronska zraka se vraća na početni položaj. Polarizirani relej dakle prebacuje dva ciklusa:
- sa početkom impulsa relej prebacuje na punjenje kondenzatora, a postepeni porast napona na njemu proporcionalno otklanja elektronsku zraku po horizontalnoj osi
- sa krajem impulsa relej prebacuje na vertikalni otklon što iscrtava marker te počinje naglo pražnjenje napona na kondenzatoru i povrat zrake na početak ekrana
S obzirom da su osciloskopske cijevi osjetljivije po vertikalnoj osi, a vjerojatno su tako podešeni i otpornici na otklonskim pločama, nakon okidanja vertikalnog markera on se zadržava na dostignutoj poziciji sve do pada napona na horizontalnim pločama do početne točke. Time je izbjegnut dvostruki prikaz markera (kod porasta vertikalnog napona i kod pada vertikalnog napona) što bi ometalo očitanje. Maska sa uskim prorezom na ekranu je ovdje svakako dobro rješenje tako da se ispisni ciklus u obliku pravokutnika vidi samo na mjernom dijelu (desna stranica pravokutnika).
Mjerač biračkih impulsa Iskra MA 4510 je bio jeftinija namjenska zamjena za univerzalni mjerni osciloskop jer mu ne trebaju kalibrirani sklopovi otklonskih pojačala, vremenske baze i triggera. U 1960-tim godinama još uvijek su bili široko u upotrebi nekalibrirani osciloskopi na kojima se nisu mogla vršiti precizna mjerenja već se samo mogao pratiti oblik signala. Kalibrirani mjerni osciloskopi pak su bili vrlo skupi, sigurno i nekoliko desetaka puta skuplji od alternative u obliku ovog našeg MA 4510. U tvornicama telefonskih komponenti te za potrebe servisa i testiranja istih MA 4510 je bio posve upotrjebljiv uređaj sa kojim se lako i jednostavno rukovalo, a zbog malog broja većinom pasivnih komponenti bio je i manje podložan kvarovima.
Svakako da za potrebe testiranja telefonskih kontaktora u nekoj serijskoj proizvodnji nije bilo isplativo kupovati univerzalni mjerni osciloskop od kojeg bi se na kraju koristila samo jedna funkcija. Za potrebe tvorničke serijske proizvodnje i testiranja gotovih proizvoda vrlo često su se osmišljavali jeftini namjenski instrumenti kojima se moglo brzo i jednostavno rukovati. Tek u novije vrijeme smo navikli za sve imati univerzalne električne mjerne instrumente i multimetre sa što većim brojem mogućnosti, a koje zapravo nikad nećemo koristiti ili ih nikad nećemo naučiti koristiti 🙂